（冶金物理化学专业论文）一步法合成碳氮化钒的研究.pdf

，l憾 ad i s s e r t a t i o ni nm e t a l l u r g yp h y s i c a la n dc h e m i s t r y j 争 s t u d y o ns y n t h e s i so fv a n a d i u mc a r b o n i t r i d e b y ao n e - s t e pm e t h o d b y y us a n s a n s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rs u iz h i t o n g n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y m a y 2 0 0 9 j t l 一f ( j - ， 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的 研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研 究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 鼋- 2 j e t期： 二。乜7 、7 ，) 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文 的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： l 砖 ， 。j - 、 忒 3 - 东北大学博士学位论文摘要 一步法合成碳氮化钒的研究 摘要 钢中增氮可促进钒的析出和钒的沉淀强化作用，明显提高钢的性能，节约2 0 - - - 4 0 的钒用量。添加氮化钒( 碳氮化钒) 是生产含钒钢较为经济可靠的增氮方法。围 绕开发连续、高效、节能的一步法合成碳氮化钒的技术，本文在对反应体系进行 热力学分析的基础上，通过现代分析测试手段，对v 2 0 3 碳热还原及氮化过程中各 物相变化、v 2 0 3 碳热还原一氮化反应的机理及其动力学规律进行了系统研究，并 进行了回转反应器物料运动的试验及模拟，对回转反应系统合成碳氮化钒进行了 扩大化试验，为改进碳氮化钒的合成工艺提供理论上的依据。 通过热力学分析可知，在高温和还原剂存在时可满足n 2 气氛下v 2 0 3 氮化生成 v n 对氧分压的要求。对v - c o 三元体系的相平衡以及优势区图的分析，确定v 2 0 3 碳热还原反应产物中v o 与c 不能平衡共存，v 2 0 3 最终碳化生成v c ，当体系碳量超 过其化学计量比时主要产物为v c 。常压一步法制备v n 的过程，可视为v 2 0 3 的碳 化反应和v c 的氮化反应的耦合，耦合过程可降低氮化钒的合成温度，形成一步法 合成碳氮化钒的优势及可行性。根据v - c 。o - n 四元体系的相平衡以及优势区分析， 严格控制反应体系的n 2 和c o 分压才能在常压一步法合成v n 的过程中得到所需的 氮化钒产物，同时反应体系最大c o 分压不应高于8 9 6 k p a 。当v n 与v c 形成固溶体 时，可以通过增加氮气分压或降低c o 分压来提高固溶体中v n 的含量，同时温度升 高有利于碳化反应但不利于氮化反应的进行。 热重实验发现：在氩气气氛下，v 2 0 3 碳热还原反应发生在11 4 0 - 1 5 4 0 k ，该温 区反应物的总失重率为3 8 接近按产生v 8 c 7 计算的4 0 5 8 的理论失重率。在氮气 气氛下，v 2 0 3 碳热还原一氮化反应的温区在1 1 6 0 - 1 5 0 0 k ，该温区反应物的总失重 率为2 7 4 。氮气气氛下反应体系的终止温度较氩气气氛条件下的终止温度低，即 常压一步法合成钒氮化物的工艺有利于提高合成效率。 在钒氧化物碳热还原反应中，随温度继续上升，反应体系物相由v 2 0 3 相逐渐 转变为碳化钒8 c 7 ) 相，在有固体碳存在时，v 2 0 3 还原生成的v o 不稳定而直接碳 东北大学博士学位论文摘要 化生成碳化钒。能谱分析发现，随v 2 0 3 被还原程度的增加，产物中氧含量降低， 碳含量并非按相应比例增加，而产物是存在空位缺陷的碳化钒。v 2 0 3 的碳热还原 一氮化过程中，v 2 0 3 相在1 3 7 3 k 前消失，碳热还原氮化产物中c 、n 含量随温度发 生变化，产物中的碳含量随温度升高增加、氮含量随温度升高呈先升后降的趋势。 常压一步法合成碳氮化钒的单因素实验显示，当反应参数条件为：原料配比 k w v 2 0 为o 2 7 6 ；反应温度1 4 0 0 c ；反应时间1 2 0 曲；反应物颗粒平均粒度为 1 2 5 r n m 时，产物氮含量大于1 0 。同时f e 、c a c 0 3 、c a o 、n h a c l 以及l 8 2 0 3 等添 加剂能够增加产物氮含量。 在v 2 0 3 固定床碳热还原氮化过程中，计算确定气体扩散不可能成为反应过程 的速率限制步骤。根据热重实验数据，通过动力学分析方法推导出v 2 0 3 碳热还原 一氮化反应符合一级相边界反应控制机理( r n 模型) 和不同温度阶段的动力学速率 方程。各温区的反应速率方程表示为：譬= 1 4 5 x1 0 5p - 1 2 9 啪旭r ( 1 一a ) ( 8 7 0 - - - , 9 7 0 k ) ： d 西a = 3 2 0 1 0 6 e - 2 。5 4 6 。r r ( 1 0 【) ( 1 1 7 0 1 3 4 0 k ) ；舞2 3 6 5 1 0 1 6 e , - 4 6 5 2 7 0 r t ( 1 一仪) ( 1 3 4 0 , - - - 1 4 1 0 k ) 。 虽然v 2 0 3 的碳热还原氮化过程所用物料物理性质有较大差别，但其在回转反 应器内的停留时间近似符合正态分布，回转反应器操作条件( 转速和倾角) 和结构 特性( 挡板) 对物料平均停留时间的影响与小颗粒均质物料的规律基本一致。在基 于单颗粒运动模型的基础上，在引入修正系数后，物料在回转反应器中平均停留 时间可表示为；肘：= 型生，计算值与试验值能够很好地吻合。 4 l r 7 【甩t a n o 【r 扩大试验的结果显示：产物的氮含量大于7 8 ，其碳、氮含量均符合n i t r o v a n 产品的质量标准，因此通过回转反应器实现的常压一步法合成碳氮化钒的工艺可 行；同时与其他工艺相比，该工艺有氮气用量少，能耗低的特点。但产物的钒含 量均低于n i t r o v a n 品牌的质量标准，因此常压一步法合成工艺的基本参数需进一步 调整和优化。 关键词：碳氮化钒；一步法合成；碳化钒；氮化钒；回转反应器；平均停留时间 吖 。 、 东北大学博士学位论文a b s t r a c t s t u d yo ns y n t h e s i so f v a n a d i u mc a r b o n i t i r d eb yao n e - s t e pm e t h o d a b s t r a c t b o t hp r e c i p i t a t i n ga n dp r e c i p i t a t i o ns t r e n g t h e n i n go fv a n a d i u mi ns t e e lc a nb e f a c i l i t a t e db yi n c r e a s eo fn i t r o g e nc o n t e n t ，a sar e s u l t , t h es t e e lp r o p e r t yi se n h a n c e d o b v i o u s l ya n dt h ea d d i t i v eq u a n t i t yo fv a n a d i u mi ns t e e li sr e d u c e df r o m2 0t o4 0 p e r c e n t t h e r e f o r e ，t h ea d d i n gv a n a d i u mc a r b o n i t r i d et os t e e li sar e l i a b l ea n de c o n o m i c m e t h o d 1 1 1 ep u r p o s eo fp r e s e n ts t u d yi st od e v e l o pac o n t i n u o u s ，h i g he f f i c i e n c ya n d e n e r g ys a v i n gt e c h n o l o g yf o rs y n t h e s i sv a n a d i u mc a r b o n i t r i d eb ya no n e - s t e pm e t h o d a n db a s e do nt h e r m o d y n a m i ca n a l y s i si nt h er e a c t i o ns y s t e m t h ep h a s ec h a n g ei nv 2 0 3 c a r b o t h e r m a lr e d u c t i o na n dn i t r i d a t i o np r o c e s s ，a n dt h er e a c t i o nm e c h a n i s ma sw e l la s k i n e t i cr e g u l a r i t yw e r es y s t e m a t i c a l l ys t u d i e db ym o d e ma n a l y s i sa n dt e s t i n gm e t h o d s ，n l ef e e ds t o c kf l o wi nr o t a r yr e a c t o rw a ss i m u l a t e da n dal a r g e s c a l ee x p e r i m e n tw a s c a r r i e do u ti no r d e rt os y n t h e s i z ev a n a d i u mc a r b o n i t i r d ei nt h er o t a r yr e a c t o r 砀et h e o r y g u i d ef o ri m p r o v i n gt e c h n i q u ei sp r o v i d e db yt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s i ti sk n o w nb yt h e r m o d y n a m i ca n a l y s i st h a tt h ev 2 0 3c o - e x i s t e dw i t hcc a nb e r e d u c e da n dn i t r i d e dt ov na th i g ht e m p e r a t u r eu n d e rn i t r o g e na t m o s p h e r ew i t hl o w e r p a r t i a lp r e s s u r eo fo x y g e n i tc a nb es e e nb ya n a l y z i n gt h ep h a s ee q u i l i b r i u ma n d p r e d o m i n a n c ea r e ad i a g r a m si nv - c ot e m a r ys y s t e mt h a to x i d ev oc a nn o tb e c o - e x i s t e dw i t l lca n df m a lp r o d u c ti sv ci fa d d i t i v ec a r b o ni se x c e e d e dt oc h e m i c a l s t o i c h i o m e t r y o n es t e pm e t h o df o rp r o d u c i n gv n c a nb er e g a r d e da sc o u p l i n gp r o c e s s b e t w e e nv 2 0 3c a r b o n i z a t i o na n dv cn i t r i f i c a t i o n , b yw h i c ht h es y n t h e s i st e m p e r a t u r e c a nb ed e c r e a s e d s ot h eo n es t e pm e t h o di sf e a s i b l ea n da v a i l a b l e i ti ss h o w e db y a n a l y s i so fp h a s ee q u i l i b r i u mi nv - c o - nq u a r t e m a r ys y s t e ma n dp r e d o m i n a n c ea r e a d i a g r a m st h a tt h ev a n a d i u mc a r b o n i t r i d ei sf o r m a t e di ft h ep a r t i a lp r e s s u r eo fn 2 a n dc o a r ec o n t r o l l e ds t r i c t l y , n a m e l y , t h em a x i u mp a r t i a lp r e s s u r eo fc os h o u l db el e s st h a n 8 9 6 k p a w h e nt h ev na n dv cs o l i ds o l u t i o ni sf o r m e d ，t h ei n c r e a s i n gp a r t i a lp r e s s u r e o fn 2o rt h ed e c r e a s i n gp a r t i a lp r e s s u r eo fc oc a ni m p r o v et h ev nc o n t e n ti nt h es o l i d s o l u t i o n ，w h i l et h et e m p e r a t u r ei n c r e a s i n gi sf a v o u r a b l et oc a r b o n i z a t i o nb u to p p o s i t et o 东北大学博士学位论文a b s t r a c t n i t r i f i c a t i o n i tw a ss h o w e d b yt ge x p e r i m e n tt h a tt h ec a r b o t h e r m a lr e d u c t i o no f 场0 3s t a r t e di n t h er a n g eo f t e m p e r a t u r e1 1 4 0 - - 1 5 4 0 ku n d e ra r g o na t m o s p h e r e ，a n dt h em a s sl o s sr a t i o w a s3 8 w h i c hn e a r st ot h et h e o r e t i cr a t i oo f4 0 5 8 ：h o w e v e ru n d e rn i t r o g e n a t m o s p h e r et h ef o r m a t i o no fv a n a d i u mc a r b o n i t i r d ef r o m v 2 0 3o c c u r r e di nt h er a n g eo f 116 0 - - 15 0 0 k ，a n dt h em a s sl o s sr a t i ow a s2 7 4 t h ef i n a lt e m p e r a t u r eo fr e a c t i o n u n d e rn i t r o g e na t m o s p h e r ew a sl o w e rt h a nt h a tu n d e ra r g o na t m o s p h e r e ，n a m e l yu n d e r a t m o s p h e r i cp r e s s u r et os y n t h e s i z ev a n a d i u mc a r b o n i t i r d e ，t h eo n e s t e pm e t h o d ，i si n f a v o u ro fe f f i c e n c yi m p r o v e m e n t t h ep h a s ec o m p o s i t i o ni nt h es y s t e mw i l lb ec o n v e r t e df r o mv 2 0 3d i r e c t l yt ov s c 7 w i t ht h et e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g t h eo x i d ev or e d u c e df r o mv 2 0 3w a su n s t a b l ea n d t h e nc a r b o n i z e dt of o r mv 8 c 7 i tw a sp r o v e db ye n e r g ys p e c t r u ma n a l y s i st h a tt h e o x y g e nc o n t e n ti nt h ep r o d u c tw a sd e c r e a s e d 、衍t l li n c r e a s i n go fr e d u c t i o nd e g r e eo f v 2 0 3 ，a n dt h ec a r b o nc o n t e n tw a sn o ti n c r e a s e dp r o p o r t i o n a b l y , s i n c et h ep r o d u c tw a s v a n a d i u mc a r b i d ew i t l lv a c a n c yd e f e c t d u r i n gt h ec a r b o t h e r m a lr e d u c t i o na n dn i t r i d i n g p r o c e s s ，t h e 踢0 3w a sd i s a p p e a r e da tt e m p e r a t u r e13 7 3 k , b u tw i t ht h et e m p e r a t u r e i n c r e a s i n gt h ec a r b o nc o n t e n tw a si n c r e a s e d ，w h i l en i t r o g e nc o n t e n tw a si n c r e a s e d f i r s t l ya n dt h e ng r a d u a l l yd r o p p e d i tw a ss h o w e db ys i n g l ef a c t o re x p e r i m e n to fo n e s t e pm e t h o du n d e ra t m o s p h e r i c p r e s s u r et h a tt h en i t r o g e nc o n t e n ti nt h ep r o d u c tc a nb ea p p r o a c h e dm o r et h a n10 a s r e a c t i o np a r a m e t e r sa sf o l l o w i n g ：r a wm a t e r i a l r a t i o ( w e w v 2 0 。) ：0 2 7 6 ，r e a c t i o n t e m p e r a t u r e ：14 0 01 2 ，r e a c t i o nt i m e ：12 0r a i n , a v e r a g eg r a n u l a r i t yo f r e a c t a n t s ：1 2 5 m m a d d i t i v e ss u c ha sf e ，c a c 0 3 ，c a o ，n h 4 c 1a n dl a 2 0 3c a ni n c r e a s et h en i t r o g e nc o n t e n t i n t h ep r o d u c t s d u r i n gc a r b o t h e r m a lr e d u c t i o na n dn i t r i d i n gp r o c e s so f 场0 3i nt h ef i x e d - b e d , t h e g a sd i f f u s i o ni sn o tr a t e - l i m i t i n gs t e pi nt h er e a c t i o np r o c e s s i tw a sv e r i f i e db yt g e x p e r i m e n t a ld a t aa n dk i n e t i ca n a l y s i st h a tt h ec a r b o t h e r m a lr e d u c t i o na n dn i t r i d i n g p r o c e s sm e e tt h ec a s eo ff i r s to r d e r p h a s eb o u n d a r yr e a c t i o n ( r nm o d e l ) a n dk i n e t i c v _ ， 0 东北大学博士学位论文a b s t r a c t e q u a t i o n sa td i f f e r e n tt e m p e r a t u r es t a g e t h ek i n e t i cr a t ee q u a t i o n sa r ee x p r e s s e da s f o l l o w i n g ： 警= 1 4 5 1 0 5 e q 2 9 u 0 s r ( 1 一a ) ( 8 7 0 9 7 0 k ) ； 警- 3 2 0 1 0 6 e - 粼旭r ( 1 一a ) ( 1 1 7 0 1 3 4 0 k ) ； 器= 3 6 5 1 0 1 6 e - 4 6 5 2 7 。r r ( 1 一a ) ( 1 3 4 0 1 4 1 0 1 0 t h er e s i d e n c et i m e si nr o t a r yr e a c t o ra r ec o n s i s t e n tw i t hn o r m a ld i s t r i b u t i o n a p p r o x i m a t e l y , t h o u g hp h y s i c a lp r o p e r t i e so ft h er a wm a t e r i a l sh a v em u c hd i f f e r e n c e t h ee f f e c to f o p e r a t i o nc o n d i t i o n ( s u c ha sr o t a t i o ns p e e da n ds l o p ea n g l e ) a n ds t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c s ( d a m ) o na v e r a g er e s i d e n c et i m eo fm a t e r i a li sc o n s i s t e n tw i t ht h a to f f i n eh o m o g e n e o u sd i s t r i b u t i o n b a s e do np a r t i c l em o v e m e n tm o d e la n di n t r o d u c i n g c o r r e c t i o nf a c t o r ，t h e a v e r a g e r e s i d e n c e t i m ec a l lb e r e p r e s e n t e d a s ；。：亲坠，t h e c a l c u l a t e dv a l u em a t c h e de x p e 曲e 删砌u ew e l l 4 九，7 cn t a n o l t h el a r g e - s c a l ee x p e r i m e n th a st h en i t r o g e nc o n t e n tm o r et h a n7 8 a n dt h e c o n t e n to fc a r b o na n dn i t r o g e ni nt h ep r o d u c tc o n f o r m e d 、) i ，i ms t a n d a r dn i t r o v a n p r o d u c lt h e r e b yu n d e ra t m o s p h e r i cp r e s s u r ei nt h er o t a r yr e a c t o r , t h eo n e s t e pm e t h o d i sf e a s i b l e c o m p a r i n gw i t hp r o d u c to fo t h e rt e c h n i c s ，t h ev a n a d i u mc o n t e n ti np r o d u c t w a sl e s st h a nt h a to fs t a n d a r dn i t r o v a np r o d u c t ，e v e nl e s sc o n s u m p t i o no f n i t r o g e na n d e n e r g y s ot h eb a s i cp a r a m e t e r so ft h eo n es t e pm e t h o dn e e dt ob ea d j u s t e da n d o p t i m i z e d k e y w o r d s ：v a n a d i u mc a r b o n i t r i d e ，s y n t h e s i so fo n e - s t e pm e t h o d ，v a n a d i u mc a r b i d e ， v a n a d i u mn i t r i d e ，r o t a r yr e a c t o r , a v e r a g er e s i d e n c et i m e v i v 请 东北大学博士学位论文目录 目录 独创性声明i 学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s l r a c t 目录v i i 第l 章氮化钒的应用及制备技术的发展现状l 1 1 引言1 1 2 钒氮化物和钒碳化物结构2 1 3 氮化钒的性质、用途4 1 3 1 氮化钒的性质。4 1 3 2 氮化钒在钢铁工业中的应用。5 1 3 2 1 作用机制5 1 3 2 2 氮化钒的应用8 1 3 3 氮化钒在化学工业中的应用9 1 3 4 其他用途1 0 1 4 氮化钒的制备技术10 1 4 1 氮化钒的合成原理1 1 1 4 2 程序升温还原前驱体法及等离子体合成法1 2 1 4 3 碳热还原氮化法13 1 4 3 1 真空碳热还原一氮化两步合成法13 1 4 3 2 碳热还原一氮化一步合成法1 5 1 4 4 微波合成法19 1 4 5 其它合成方法2 0 1 5 本论文研究的内容和意义2 2 1 5 1 常压一步法合成碳氮化钒的热力学分析2 2 1 5 2 三氧化二钒的常压碳热还原一氮化过程。2 3 1 5 3 常压一步法合成碳氮化钒的影响因素2 3 v i i 东北大学博士学位论文 目录 1 5 4 回转反应器内物料的运动及生产碳氮化钒的扩大试验j 2 3 第2 章常压一步法制备碳氮化钒的热力学分析2 4 2 1引言2 4 2 2v 2 0 3 氮化反应的热力学条件2 5 2 2 1v 2 0 3 氮化反应的可能性2 5 2 2 2 用n i - - 1 3 氮化v 2 0 3 的热力学分析。2 6 2 2 3有碳存在时反应体系中的氧分压2 8 2 3 v 2 0 3 与c 反应( 碳化反应) 的热力学2 9 2 3 1 v - c o 三元系高温平衡时的物相关系2 9 2 3 2 v 2 0 3 与c 反应31 2 4 氮气氛下v c 氮化反应的热力学3 3 2 5 碳化过程与氮化过程的耦合3 4 2 6v - c o - n 系优势区图3 8 2 7v n 与v c 互溶形成固溶体时的平衡4 1 2 8 本章小结4 5 第3 章三氧化二钒的常压碳热还原一氮化过程4 6 3 1引言4 6 3 2 实验。4 6 3 2 1 实验原料的处理4 6 3 2 2 不同气氛条件下v 2 0 3 碳热还原实验4 7 3 2 3 热重实验4 7 3 2 4 测试与表征方法4 8 3 2 4 1x r d 分析4 8 3 2 4 2s e m 表征4 8 3 2 4 3能谱测定4 8 3 2 4 4 红外光谱分析一4 8 3 2 4 5t g d t g d t a 分析4 8 3 3 不同气氛条件下v 2 0 3 碳热还原产物的物相分析4 9 3 3 1氩气气氛下v 2 0 3 碳热还原反应的产物5 0 3 3 1 1 产物的x 射线衍射花样5 0 + v i i i 东北大学博士学位论文 目录 3 3 1 2 产物的s e m 5 2 3 3 2 氮气气氛下v 2 0 3 碳热还原一氮化反应的产物5 4 3 3 2 1产物的x 射线衍射花样5 5 3 3 2 2 产物的s e m 5 6 3 3 2 3 产物的m 6 1 3 4 v 2 0 3 热重实验结果与分析6 3 3 4 1 氩气气氛下v 2 0 3 的碳热还原热重实验6 3 3 4 2 氮气气氛下v 2 0 3 的碳热还原热重实验6 5 3 4 3 不同气氛下v 2 0 3 碳热还原失重曲线的比较6 7 3 5 本章小结6 8 第4 章影响常压一步法合成碳氮化钒的因素7 0 4 1 引言。7 0 4 2 碳化一氮化条件的优化一7 1 4 2 1 试验原料的处理7 1 4 2 2 三氧化二钒的碳热还原一氮化试验7 2 4 2 2 1 试样中不同价态钒含量检测与计算方法7 3 4 2 2 2n 含量检测计算方法7 3 4 2 2 3 试样总钒量的测定7 4 4 2 2 4c 含量检测计算方法。7 5 4 2 3 优化实验。7 5 4 2 3 1原料配比对产物氮含量的影响7 5 4 2 3 2 反应温度对产物碳和氮含量的影响7 6 4 2 3 3反应时间对产物氮含量的影响7 7 4 2 3 4 添加剂对产物氮含量的影响7 8 4 2 3 5 反应物颗粒的粒度8 0 4 3 碳热还原一氮化的反应动力学8 3 4 3 1 气体扩散为控速步骤8 3 4 3 2 碳热还原一氮化反应的速率方程8 5 4 4 本章小结8 9 第5 章 回转反应器内物料运动及制备碳氮化钒扩大试验9 1 也 东北大学博士学位论文 目录 5 1引言9 l 5 2 回转反应器中物料运动状况9 2 5 2 1回转反应器中物料运动描述9 2 5 2 2 回转反应器中物料运动模式分类9 2 5 3 物料在回转反应器内停留时间分布的试验9 3 5 3 1固体颗粒停留时间和停留时间分布的测定9 3 5 3 2 试验装置、试验方法及试验物料9 4 5 4 试验结果与讨论9 6 5 4 1 物料停留时间分布9 6 5 4 2 反应器转速和倾角对物料平均停留时间的影响9 7 5 4 3出口挡板对物料平均停留时间的影响9 9 5 5回转反应器内物料的流动模型与平均停留时间数值计算1 0 0 5 5 1 颗粒单历程的运动距离1 0 1 5 5 2 单历程颗粒的运动时间1 0 2 5 5 3 物料滑动层平均停留时间和物料流动平均轴向运动速度1 0 2 5 5 4 回转反应器平均停留时间的数值模拟1 0 4 5 6 合成碳氮化钒的回转反应器及其扩大化试验1 0 7 5 6 1回转反应器的设计原则1 0 7 5 6 2 回转反应系统的构成1 0 8 5 7 本方法创新点1 0 9 5 8回转反应器合成碳氮化钒的扩大试验1 0 9 5 8 1 试验原料的制备1 0 9 5 8 2 试验过程的描述1 1 0 5 9 结果与分析1 1 1 5 1 0 对每种工艺、产物、能源及原料消耗的比较。1 1 3 5 1 1 本章小结1 1 4 第6 章结论1 1 5 6 1 常压一步法制备碳氮化钒的热力学分析115 6 2 三氧化二钒的常压碳热还原一氮化过程1 1 6 6 3 常压一步法合成碳氮化钒的影响因素11 6 x 东北大学博士学位论文 目录 6 4 回转反应器内物料运动及制备碳氮化钒扩大试验1 1 7 参考文献：119 j l l 【谢一1 31 作者简介1 3 2 攻读博士学位期间发表的相关论文1 3 3 x i 一 东北大学博士学位论文 第1 章氮化钒的应用及制备技术的发展现状 第1 章氮化钒的应用及制备技术的发展现状 1 1 引言 钒及其化合物具有广泛的用途，最主要应用领域是在钢铁冶金工业。最早于1 9 0 9 年 美国钒公司把钒作为添加剂应用到钢中，生产出含钒的钢种。此后钒的应用日渐广泛， 钒的作用得到充分发挥【l 】。从世界范围来看，钒在钢铁工业中的消耗量占其生产总量的 8 5 ，其q b 6 5 用在高强度低合金钢( h s l a , h i g hs t r e n g t hl o wa l l o ys t e e l ) 中。随着钒在微 合金化钢中的发展，世界上钒的消费强度已经提高至l j 5 0 k g t 钢，但在中国钒的消费强度 平均只有2 5 k g t t 钢 2 1 0 1 。 始于二十世纪五十年代后期的微合金化结构钢和相应的控轧工艺给钢铁工业带来 革命性的发展，六十年代早期，b e t h i h e e m 钢铁公司开发了系列v n 钢；1 9 6 5 年左右又 开发出n b 微合金化的低温控轧技术。目前这类控车l n b - v 微合金钢种( 0 0 3 n b 、0 0 7 v 和0 1 0 c ) 己广泛应用于机械制造业；1 9 7 5 年左右，j o n e & l a u g h l i n 成功开发了钒微合金 化带钢v a n 8 0 ；1 9 9 0 年代